Get格雅管道化溶出终极版Word文件下载.docx
《Get格雅管道化溶出终极版Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《Get格雅管道化溶出终极版Word文件下载.docx（19页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
22
5.2管道化溶出在其他地方的应用·
23
第一章
本世纪30年代奥地利Hiller和Muller最先提出了利用管道溶出器高温溶出铝土矿的设想,但直至50年代才由匈牙利的Lanyi首次进行管道化溶出试验,并在1965年建立了世界上第1套管道化溶出装置。
德国联合铝业公司在1967年也建立了一套管道化溶出装置,且随后其所有氧化铝厂均采用了管道化溶出技术。
前苏联、捷克、南斯拉夫、美国等国家都曾研究过或拥有管道化技术。
法国采用的强化溶出技术与德国和匈牙利有所区别,其矿浆预热采用管道反响器,但溶出是在带机械搅拌压煮器内进行的,我国山西铝厂和平果铝厂引进了该项技术。
长城铝业公司研究设计院根据一水硬铝石难溶这一特点,独创性地开发出了管道—停留罐溶出技术,并于1987年建成一套4～6m3/h半工业试验装置,至今运转一直十分良好,该技术用于长城铝业公司从德国引进的管道化溶出装置的改造,已取得明显的应用效果。
溶出工序的主要任务是利用三水铝石型铝土矿和铝酸钠,通过矿浆磨磨制，调配出合格矿浆,矿浆经管道化溶出器溶出。
溶出之前进行脱硅预处理作业。
然后将铝土矿中氧化铝的水合物在未饱和的循环母液〔铝酸钠〕中浸出，理论到达饱和点溶出结束，但实际由于受溶出时间限制，一般在饱和点之前结束。
此时苛性比值比平衡液高0.15-0.2左右。
-1.s-1,,通过4段加热,使物料温度到达138一143℃,送入保温罐保温75分钟以上,完成脱硅过程;
经稀释后进入沉降别离洗涤系统。
1.2.2稀释工序
该工序的主要任务是先稀释溶出矿浆并降低温度，使矿浆到达过饱和，然后溶出稀释后的矿浆再经过沉降别离，赤泥洗涤和粗液过滤制备合格精液,通过过滤将赤泥别离出来,该工序的主要设备是沉降槽,压滤机和叶滤机。
工艺流程见图2：
该工序的主要设备是沉降槽,压滤机和叶滤机。
图2
1.2.3分解工序
分解工序主要任务是在通过在过饱和的矿浆中参加氢氧化铝精种,分解出粒度合格的氢氧化铝,并将氢氧化铝浆液进行别离，洗涤。
主要设备为9台种分槽,5台100扩立盘过滤机作为种子过滤机,2台51m^2平盘过滤机作为氢氧化铝别离洗涤过滤机。
。
分解工序流程见图3:
图3
1.
蒸发工序主要任务是将种分母液蒸发制备循环母液,去除流程中多余的水分,保持流程的液量平衡,降低蒸发汽耗,同时还要进行循环水及软水的供给"
主要指标是:
蒸发母液Nk:
185一1959/1,蒸发汽水比:
≤3t-水/t-汽。
蒸发工序流程见图4：
图4
管道化溶出技术的特点
管道溶出器可实现比压煮器更高的溶出温度或更高的溶出压力。
它是铝土矿强化溶出技术的主要开展方向,矿浆在管道内呈高速湍流状态,传热、传质效果更佳,且无返混现象,因而可显著缩短溶出时间,大大提高设备利用率,且所需设备容积较小,投资也少。
由于间接加热,不存在溶出矿浆被加热蒸汽冷凝稀释问题,所以可实现低碱浓度溶出,从而大大降低了母液的蒸发负荷,使整个氧化铝生产过程能耗可降至最低。
另外,管道溶出器的机械转动局部仅有隔膜泵,其维修比拟方便。
热耗低
管道化溶出过程在管道中进行,热量通过管道传递到矿浆,进而提高矿浆温度。
其他溶出方式如压煮器组溶出，蒸汽直接加热搅拌和间接加热机械搅拌溶出,矿浆的流动状态均不如管道化溶出过程强烈"
管道化溶出矿浆成高度湍流状态,雷诺系数数高达10^5,所以溶出过程中氧化铝的溶解速度呈级数级提高,吨氧化铝溶出所需容积可从压煮器组溶出的2m^3.t^-1-AL2O3^3.t^-1-AL2O3。
同时,压煮器组中的矿浆溶出为全混流溶出,进入压煮器组的矿浆马上与己反响的料浆混合,使周围游离碱浓度降低,MR降低,不但不利于溶出,而且不可防止地发生料浆短路现象。
而管道化溶出器中矿浆呈活塞流,矿浆浓度仅沿流动方向变化,沿径向是均匀的,不存在返混现象"
因此,作为以物质浓度差为推动力的铝土矿高温强化溶出来说,活塞流的管道化溶出比全混流的高压釜串联溶出要优越,有利于强化溶出过程。
除此之外,管道化溶出中,矿浆在加热溶出管内流速快,高度湍流,大大强化了矿浆与热载体之间的传热,在溶出温度相同的情况下,所需传热面积大大减少,减少换热设备数量,在相同换热面积情况下,可使温度快速提高,使溶出用碱浓度大幅度降低。
溶出后浆液的自蒸发量大,可降低蒸发过程负荷,降低蒸发热耗"
乏汽得到再利用,热耗和压煮器相比大大降低。
提高溶出温度是强化拜耳法溶出的重要措施,提高溶出温度不仅提高氧化铝溶出率，缩短溶出时间，降低循环母液浓度和溶出液的MR,还可改善赤泥的沉降性能,提高沉降别离洗涤效率。
但是随着溶出温度的提高,溶出器的压力急剧升高,压煮罐的承压要求也随之提高,设备投资费用升高,建设投资费用升高。
实践证明管道化预热溶出器可以满足和适应不同温度需求的各类型矿石溶出要求。
管道化溶出器在设备总投资上占压煮器溶出罐的70%一80%,管道化溶出的土建投资费用也较低。
管道化溶出器在生产维护和操作上具有较多优点：
（1）操作容易，经过大量的设备更新改造,设备的自动化程度不断提高,可实现微机自动控制和现场手动控制切换,使操作变的更加简单容易"
；
（2）是开停车时间短，实践证明,通过对预热器进行预热,在预热温度超过正常生产所需温度40℃预热压力超过正常工作压力25%时即可进料开车；
（3）是无搅拌等传动装置,维修简单方便。
管道化预热器不同于压煮器,矿浆在加热。
溶出管内高度湍流,流速快,其保温罐仅作为保温容器使用,不需要专门的机械搅拌装置强化其溶出过程,减少了检修工作量；
（4）清理方法简单"
化学清理代替人工清理,清理工作量大幅降低；
（5）是可以采用传热效率更高的有机溶剂或熔盐加热提温；
第二章
国内外管道化溶出器
德国联合铝业公司使用多管单流法溶出器，主要技术特点是:
可根据原矿浆不同温度下的传热情况，采用矿浆加热、二次蒸汽加热和熔盐加热;
多管单流法;
根据溶出结疤程度，可更改石灰添加点;
熔盐炉热效率较高;
溶出温度较高。
匈牙利多管多流溶出装置主要技术特点是:
管道直径较小，有利于传热;
多管多流法;
很高的传热系数和运转率。
法国单管预热一高压釜溶出装置。
比拟国外三种管道溶出器的特点，见表1：
工程名称
德国联合铝业公司
法国彼施涅铝业公司
匈牙利铝业公司
装置形式
预热段
单流法一间接加热8-10级自蒸发
4根内管φ4
单流法-间接加热7级自蒸发
单根内管φ8
多流法-间接加热
3根内管（φ4）2根输送
加热段
3根内管（φ4）1根输送
单位长度的加热
中间值
较小值
较大值
加热介质和参数
熔盐400℃
Pa
高压蒸汽70.9X
装置处理能力
290
原矿浆·
150
110
铝土矿类型
一水软铝
一水软铝石
溶出温度
278℃
<
238℃
263℃
循环母液浓度
N
O
240g*L
220g*L
保温停留时间
几分钟
30min
20min
添加剂参加点
石灰一前加或后加
石灰一前加
溶出后MR
结疤清洗
化学清洗和水力清洗结合，每隔2个月冲洗一次，每次48小时
化学清洗和水力清洗结合，每隔1个月冲洗一次，每次12小时
运行中三内管倒换输送碱液，清洗结疤，
另每月停车酸洗或水
内管腐蚀程度
运行数年，据说内管未更换过
较严重，每年内管更换一次
高压活塞泵
垂直式多缸单作用隔膜泵（每组一台）
卧式双缸双作用隔膜泵（每组一台）
碱液冲洗和带隔膜管的活塞泵（每组二台）
管道结构和组装
复杂
简单
最复杂
表1
目前我国主要有三种溶出技术，它们是:
中铝河南分公司引进的德国管道化溶出;
中铝广西分公司和中铝山西分公司引进的法国单管预热一高压釜溶出;
我国自主研制成
功并应用的管道化一停留罐溶出。
上述三种强化溶出技术主要针对一水铝石型铝土矿，而中铝山东分公司拜耳法生产
线采用的是印尼进口的三水铝石型铝土矿，溶出温度138℃以上即可，为此中铝山东分
公司自行设计了第一组管道化溶出设备。
目前该设备内管为φ168mm，长度为1682m。
此套设备无预脱硅系统，直接将磨制好的矿浆送入管道化进行加热溶出，到达出料温度
后进入保温罐进行脱硅。
世界上有很多氧化铝生产企业，主要是美铝、中铝、加铝、法铝等。
美铝世界上最大的氧化铝、原铝和铝材生产企业，在30多个国家有分支机构，在
世界各地进行氧化铝生产和铝土矿开采。
在世界各地美铝有多个氧化铝生产厂，主要在
澳大利亚，由于铝土矿品位较低，生产1吨电解铝需要7吨铝土矿。
加拿大铝业公司原为美国铝业公司的子公司，1928年脱离了美国铝业公司，成立了
现在的加拿大铝业公司，1985年兼并英国铝业公司，2002年兼并瑞士铝业公司，2004
年收购法国彼施涅铝业公司，成为世界级跨国铝业公司，氧化铝产能约650万吨/年，电
解铝产能约350万吨/年。
新中国成立后，山东、郑州、贵州、山西、中州、平果等氧化铝企业先后建立，现
在属于中国铝业公司，分别为公司下属的山东分公司、河南分公司、贵州分公司、山西
分公司、中州分公司和广西分公司，曾一度主导中国的氧化铝工业。
“十五〞期间，中国氧化铝综合能耗降到1000kg.t'
以下，为986kg.f1，与2000年相
以下，根本情况见表2：
名称
生产方法
投产时间
产量/万t
-1.
山东分公司
烧结法为主
1954年
118
河南分公司
混联法
1965年
168
贵州分公司
1978年
94
山西分公司
1987年
151
中州分公司
1992年
155
广西分公司
1995年
93
表2
管道溶出器是管道化强化溶出技术的关键设备之一,矿浆中铝盐的溶出大局部都是在管道中进行的。
管道化间接加热器按常规的分类方法,应属于套管式换热器。
在国外氧化铝生产的管道化溶出系统中,这种加热器得到了广泛的应用。
我国也在90年代引进了一套西德的管道化溶出装置,此后在间接加热连续脱硅工程和管道化创新工程中也大量应用了这项设备,并取得了很好的经济效益。
经研磨后的含有NaOH的原矿浆经隔膜泵送入管道内，首先经最后一级自蒸发器出来的溶出浆进行热交换〔矿浆换热〕，加热至76~83℃；
然后由各级自蒸发器排出来的蒸汽进行多级预热〔乏汽换热〕，加热至约174℃；
最后进入高温段，由熔盐作为加热介质加热〔熔盐换热〕，升温至266℃。
经历这些高温过程，氧化铝便从矿石中溶解出来，为之后的提纯氧化铝做准备。
管道化溶出技术作为拜耳法的重要手段，其中涉及很多传动、传热、传质的现象。
工程师们一直致力于在这几方面开发新技术、采用更加适宜的条件和装置规格，力求最大程度提高效率、节约本钱。
所有管道采用内外管结构，外管中有四根内管，内管内径114mm，壁厚9mm。
其中分别有：
矿浆换热段〔LWT段〕1段，总长150米，乏汽换热段〔BWT段〕10段，总长2000米，熔盐换热段〔SWT段〕4段，总长400米。
管道溶出器的结构。
该管道化溶出系统的管道化间接加热器采用几段加热器串联而成。
每段加热器由内管和外管组成套管结构。
内管为加热介质,套管中为被加热介质。
段与段之间管相通,使被加热介质经过几级加热,温度逐渐升高。
每段加热器的外套管自成体系,与其它段不相通,分别通入温度和压力不等的加热介质。
为补偿换热器中的内、外管间因温度不同而产生的膨胀差,设计时将传统套管式的套管做了一定的变动,将套管向一侧延长至弯管局部,利用弯管结构来补偿内外管的膨胀差。
熔盐加热炉
熔盐加热炉的构造是盘管式,即熔盐在沿炉身的盘管中流动。
热源有燃煤、燃油、燃气、电加热等型式。
炉型有圆筒型和方箱型两种。
整个炉子主要由炉体和燃烧系统两局部组成。
（1）.炉体
熔盐加热炉的炉体由加热盘管和壳体组成,如下图。
加热盘管是由直径相同（或异同）的密集的钢管沿炉身盘卷而成,进出口通过集合管聚集成一个管口进出,为了充分利用热量,加热盘管又分辐射受热面和对流受热面,以管程密布作“隔墙〞,控制高温烟气的流动方向。
加热盘管内圈里面形成辐射传热面,接受燃烧系统所产生的辐射热能,而在加热盘管的对流段内,高温烟气在流动中将热量传递给炉管,从而对炉管内的熔盐加热。
熔盐加热炉的熔盐运行温度高达350℃一550℃,加热后各盘管的出口处熔盐的温度差必须尽量小,否那么难以保证整个系统的稳定运行。
盘管数与熔盐的导程（循环回路）相关,可根据熔盐的循环量、加热管口径和压力损失等来决定。
熔盐加热炉燃烧室的设计,首先要使火焰不能燃及加热管,而且要能产生最适宜的热强度（单位面积的传热量）。
此热强度对加热管的管壁温度影响很大,假设过大那么将缩短热载体寿命。
燃烧室产生的高温燃烧气体（1000一1100℃）在内、外盘管的间隙中流动,其通过面以强制对流方式传热,熔盐的流动方向与燃烧
气体的流动方向相反,通过此种强制对流,可获得较大的对数平均温差。
（2）.燃烧系统
①燃煤熔盐加热炉
燃煤熔盐加热炉的燃烧系统由炉排、燃烧室、通风装置、节能装置、伺煤机构、出渣机构、烟囱等组成。
（a）炉排:
炉排型式有多种,常用的是链条炉排、往复炉排。
（b）燃烧室:
煤在炉排上燃烧分为预热区（干馏区）、燃烧区和烧尽区。
（C）通风装置:
主要由鼓风机、引风机和烟道、除尘器等组成,设计时要考虑合理的选用。
（d）节能装置:
炉子排出的高温烟气（400~600℃）要带走全炉热能的30%一40%,故应进行回收利用,一般回收利用的方法是在排烟系统内加余热回收装置,加余热回收装置后,炉子的热效率可提高10%一15%。
（e）伺煤机构:
上煤操作一般采用机械上煤,如:
斗式一[煤机（分为直爬式和斜爬式）、翻斗式上煤机。
（f）除渣机构:
除渣机采用螺旋式或刮板式两种（属于干法除渣）。
（g）烟囱:
烟囱的抽气比烟气总阻力（辐射、对流、烟道及除尘等阻力降低之和）大于20MPa即可,不设引风装置时,烟囱内烟气流速应保持在8一12m/S,设有引风装置强制通风时,烟气流速可达20一3Om/S。
②燃油（气）熔盐加热炉
燃油（气）熔盐加热炉的燃烧系统由燃烧器、防爆门、烟囱等组成。
（a）燃烧器:
小型或中型的炉子采用平衡送风式,配有风机、油泵整装为一体式的燃烧器;
中型或大型炉子所用的燃烧器附属配套设备,需要单独配置。
（b）防爆门:
烟道防爆门应开启灵活,附近不得有其他障碍物,防爆门的平安销应装牢。
（C）烟囱:
烟道截面不得小于炉体出烟口处截面。
熔盐炉的优点是温度高,而且蒸汽压力低,使用平安,设备投资低,加热炉可以以煤、重油、天然气为原料（在郑州铝厂所使用的燃料为天然气）。
而且熔盐的温度便于调节,在加热外表因有结疤而使传热系数降低时,可以适当提高熔盐温度来弥补。
缺点是它的比热小,只能提供显热,循环量大。
通常,熔盐炉所使用的熔盐是由53%KNO3,7%NaNO:
和40%NaNO3或者是45%NaNOZ和55%KNO:
组成的共晶体。
熔盐的主要物性参数为l'
8一20]:
传热系数入2一o.3867w/（m℃）,运动粘度U一2.9x10一,mZ/s,比热ep一1.42kJ/（kgoC）,密度p=1848kg/m,,熔点为142aC,沸点为680℃,加热至550℃仍不至分解。
在各种温度工况下的行为表现为I'
0]:
（l）在常温下,新盐是白色粉末状固体,易潮解,属无机氧化剂,熔点142.2℃。
旧盐是白色固体,熔点提高到165℃。
（2）熔盐的最正确使用温度围400一500℃。
当温度升高至550℃时,开始出现分解现象;
至620℃时,剧烈分解,被称为危害温度;
至680℃时,熔盐沸腾（即汽化）。
（3）熔盐系无机类化工产品,它虽然属于氧化剂,但在正常情况下,是比拟稳定的。
但是在某些外界情况影响下,也会发生物理和化学变化,特别是在热态。
例如在熔盐炉加热过程中,假设操作不当,产生过热,载热体将发生分解反响。
综上所述,熔盐类热载体的耐热稳定性能好,其传热系数是其它有机载热体的两倍,而且温度在600℃以下时,几乎不产生蒸汽,是使用温度在400℃以上时的最好载热体。
.5熔盐加热系统
熔盐加热系统由熔盐加热炉、循环泵及熔盐槽构成。
首先将粉末状的混合无机盐放入熔盐槽内,通过槽内安装的高压蒸汽加热管加热熔化,直至加热到槽内的熔盐可以用循环泵打入循环,使整个系统成为流动可循坏状态后,送到熔盐加热炉内加热,加热到特定温度的熔盐被输送到用热设备。
供热后,再沿循环系统流回熔盐加热炉,上述过程不断循环,构成熔盐加热系统。
熔盐加热系统将熔融状态的熔盐通过循环泵输送给加热炉之前在系统中需要对加热管进行预热,以防止熔盐在加热管中固化。
加热管的加热是利用燃烧所生成的热风,此时加热管是空烧,必须对其壁温进行控制。
另外,用热设备及循环系统的配管最初也是常温状态,需去除蒸汽冷凝液后再用热风循环加热。
熔盐加热系统的配管设计、用热设备的构造对熔盐正常循环很重要。
假设熔盐在系统内出现滞留因放热而固化,那么可引起加热管的堵塞,当运行停止时,循环系统内的全部熔融盐要排入熔盐槽。
在配管设计时,必须有合理的弯曲度,以防止有残液滞留。
熔盐槽必须安置在最低处,在系统停车或停止运行时,为防止熔融槽内的盐固化可用蒸汽或电热炉加热,使其温度保持在熔点以上。
一旦熔盐槽内出现了固化,再熔融那么很困难。
熔盐属于危险品,使用时必须十分注意平安。
熔融槽内充入了一定的惰性气体,且处于正压状态,当检修孔翻开时,高温熔盐如和有机物接触,那么能引起着火、爆炸。
熔盐与水接触也容易出现蒸汽爆炸,因此,翻开检修孔时必须十分注意。
熔融槽的容积必须充分考虑粉状熔盐操作时增加的容量及停止运行时高温熔盐的排放量。
第三章
3.1 长城铝业工艺流程
在研制一水硬铝石管道化溶出技术方案时,针对河南一水硬铝石铝土矿可磨性差、硅矿物结构形态复杂、难溶等特点,设置了磨矿、化灰、原矿浆预脱硅、管道化溶出、熔盐加热、和酸洗等工序,使之成为了一个适合我国一水硬铝石的管道化溶出系统,溶出工艺流程如图1所示
3.2主要工艺技术参数
（1）循环母液浓度:
Na2Ok=160g/l;
（2）石灰添加量:
CaOf为7%;
（3）溶出温度:
270～280℃;
（4）溶出时间:
10分钟;
（5）溶出αk:
1.5～1.55;
（7）氧化铝溶出率:
>
80%
3.3主要特点
⑴溶出温度高,矿浆湍流程度大,强化了溶出过程,溶出时间短、效果好,可以节约停留段投资。
⑵能耗低。
实现了低碱浓度、多级闪蒸二次蒸汽和融盐间接和高温强化溶出,系统热耗大幅度降低,溶出和蒸发热耗可降低8.0GJ/t·
Al2O3以上。
⑶石灰后加,能有效地防止高温段生成结疤,可以延长清洗周期,提高设备的运转率。
⑷管道化加热装置和压煮器相比占地面积大。
⑸存在加热管道的结疤和磨损问题。
⑹系统的工作压力和温度高,对喂料泵及管道化加热装置的材质有特殊要求
第四章
采用10级自蒸发（最后一级自蒸发不参与预热）,9级预热,5级熔盐加热。
其中预热各级管长192.2m,溶出各级管长77m,内管数目4,各管内径100mm,管壁厚度5mm,矿浆总流量270m3/h,矿浆Na2O总浓度280g/L,Al2O3浓度241g/L。
由于整个系统比拟复杂，因此模拟时将上述各加热段模块化分别计算，然后用接口数据（矿浆及蒸汽物性）连接各模块，最后用矿浆的入口、出口数据来控制原矿袋溶出矿浆交换热大小。
而对于一些相对独立的局部，大致提出算法如下。
I预计第i级交换热QEx〔i〕。
QEx〔i〕=CslGsl（Tsl（i）-Tsl〔i-1〕〕
式中Csl为矿浆热容;
Gsl为矿浆流重;
Tsl（i）为第i级矿
浆出口温度;
Tsl〔i-1〕为第i级矿浆进口温度。
同时计算各级热损失QLo〔i〕
QLo〔i〕=QEx〔i〕η（i）
式中η（i）为第i级热效率。
Ⅱ.计算第i级矿浆及熔盐（蒸汽和冷凝水）Tsl（i）,Tme（i）（Tst（i）,Tco（i））。
Ⅲ.计算第i级设备产能QWa（i）。
QWa（i）=F（i）K（i）Δtep（i）
式中F（i）为第i级热交换面积;
F（i）=πrtu2ltu,rtu为管道内半径;
ltu为单级管长;
K（i）为第i级综合传热系数,K（i）=1/【1/α1+δ1/λ1+δ2/λ2+1/β】,δ1为管壁厚度,δ2为结疤厚度,α1为熔盐（冷凝蒸汽）到管壁的传热系数,β为管子到矿浆传热系数,β=4500
ω为矿浆流速,λ1为管道钢导热率,λ2为结疤导热率;
Δtep（i）为第i级平均对数温差
Ⅳ.如果|QEx（i）+QLo（i）-QWa（i）|<
σ,那么计算第i+1级,否那么重新调整QEx（i）,重复Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ步骤。
Ⅴ.得到结果。
Ⅰ.自蒸发段第i级温度分布Tsl（i）,预计该级自蒸发量Vst（i）及蒸汽重Gst（i）。
Ⅱ.计算第i级矿浆的碱浓度Ntsl（i）。
式中Vsl（i）为第i级矿浆流量,Vsl（i）=Vsl（i-1）-Vst（i）。
Ⅲ.第i级铝酸钠溶液的饱和蒸汽压力P（i）只与总碱浓度相关,而受氧化铝浓度影响很小:
式中PW为水的饱和蒸汽压力[11],P（i）PW75℃=1-K1-P（i）PW75℃,而1-P（i）PW75℃可查表,K与矿浆苛性比MR有关:
K=1.04+0.246（1/MR）;
ΔP（i）PWTsl和δ均与Ntsl（i）有关,可查表得出。
Ⅳ.计算无碱时的矿浆沸点T′sl[12]。
T′sl=178.74P（i）/10-0.6P（i）/10
Ⅴ.计算第i级蒸汽单位热焓Hst（i）[11]。
式中x=（T′sl-100）/210。
计算第i级蒸发后矿
升级会员 